Τι είναι αυτό το μποζόνιο του Χίγκς;

Η φράση “το σωματίδιο του Θεού”

έγινε ευρέως γνωστή από το πείραμα του Cern.

Το πολυσυζητημένο “σωματίδιο” ή επι τω επιστημονικότερω

“μποζόνιο του Χιγκς”

είναι το βασικό ζητούμενο από το περίφημο πείραμα του αιώνα.

Το “μποζόνιο του Χιγκς” πολύ απλοϊκα- εξηγεί

γιατί ο κόσμος μας αποτελείται από ύλη αλλά όχι από αντιύλη.

Πίτερ Χιγκς, 79 χρονών σήμερα, συνταξιούχος καθηγητής θεωρητικής φυσικής, είναι ένας ντροπαλός άνδρας που σκέφτεται με μεγαλύτερο άγχος περισσότερο τις απαντήσεις που θα πρέπει να δώσει στα ΜΜΕ, παρά την εξέλιξη του πειράματος που θα αποδείξει την ύπαρξη του «δικού του σωματιδίου», του μποζονίου του Χιγκς.

Ενιωθε, άραγε, ενθουσιασμό την ημέρα που ξεκίνησε η «μεγάλη αναζήτηση» στο CERN;

«Ναι, μάλλον» απαντά ψυχρά και αποκαλύπτει το φοβερό του μυστικό: στο ντουλάπι της κουζίνας έχει κρύψει μια φιάλη φθηνής σαμπάνιας για τη στιγμή που θα ανακοινωθεί η εύρεση του σωματιδίου. «Νομίζω, όμως», ομολογεί «πως σήμερα δεν νιώθω τον ίδιο ενθουσιασμό που θα ένιωθα παλαιότερα εφόσον μπορούσαμε να ελέγξουμε πειραματικά τις θεωρίες μου. Πέρασε άλλωστε, από την πρώτη στιγμή που συνέλαβα τη θεωρία τόσο καιρός…».

Η θεωρία για το μποζόνιο του Χιγκς μορφοποιήθηκε ένα Σαββατοκύριακο του Ιουνίου του 1964 και γράφτηκε πολύ πρόχειρα στις δύο πλευρές μιας κόλλας Α4. Μάλιστα η πρώτη του μελέτη δεν έγινε δεκτή προς δημοσίευση από τον εκδότη μιας επιθεώρησης φυσικής του… CERN. Την εμπλούτισε και τη δημοσίευσε στις 3 Αυγούστου του 1964. Οταν τον ρωτούν για τις θεωρίες περί δημιουργίας «μαύρης τρύπας» απαντά ότι όλα αυτά δεν είναι παρά ανοησίες.

Περιμένει, όμως, να βραβευτεί με Νομπέλ; «Να σας πω την αλήθεια δεν ξέρω αν θα ανακαλυφθεί ποτέ το μποζόνιο Χιγκς. Βέβαια, θα ήταν ωραίο να συμβεί αυτό», απαντά ψυχρά, σχεδόν σαν να αδιαφορεί…

Γενεύη, 10 Σεπτεμβρίου 2008, μία ημέρα ιστορική για την ανθρωπότητα, η «βαρύτητα» της οποίας θα εκτιμηθεί συν τω χρόνω… Από τις 9 π.μ., φυσικοί, μηχανικοί, διοικητικοί υπάλληλοι και δημοσιογράφοι είναι στις θέσεις τους για το προκαταρκτικό πέρασμα της δέσμης αδρονίων από τον μήκους 27 χλμ. δακτύλιο του Μεγάλου Επιταχυντή LHC στα σύνορα Ελβετίας – Γαλλίας.

Στο Ευρωπαϊκό Κέντρο Σωματιδιακής Φυσικής επικρατεί ευφορία, αφού 20 χρόνια μετά την έναρξη του προγράμματος, οι επιστήμονες είναι έτοιμοι να «πατήσουν το κουμπί» εκκίνησης της πιο περίπλοκης μηχανής που κατασκευάστηκε ποτέ από ανθρώπινα χέρια.

Οι υπεραγώγιμοι μαγνήτες που είναι διασκορπισμένοι κατά μήκος του τούνελ είναι χωρισμένοι σε οκτώ τμήματα.

Οι επιστήμονες τα ενεργοποιούν με τη σειρά και η δέσμη αδρονίων περνάει ξανά και ξανά από μέσα τους σε θερμοκρασία -271 βαθμών Κελσίου. Σε δύο περιπτώσεις η δέσμη αργεί για λίγα λεπτά να εμφανισθεί και επικρατεί ανησυχία, όμως έως τις 2 μ.μ. όλα τα τμήματα έχουν λειτουργήσει κανονικά, οι δέσμες έχουν ταξιδέψει σε όλο το μήκος του τούνελ και προς τις δύο φορές του και οι μηχανικοί ασχολούνται πλέον με το… «καλιμπράρισμα» της τερατώδους μηχανής.

Η εκκίνηση ενός νέου επιταχυντή σωματιδίων είναι πολλά παραπάνω από το γύρισμα ενός διακόπτη.

Χιλιάδες ξεχωριστά τμήματα πρέπει να λειτουργήσουν αρμονικά, να συγχρονιστούν σε επίπεδο κάτω του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου και δέσμες, λεπτότερες από μια ανθρώπινη τρίχα, να συγκρουσθούν.

Μετά την επιτυχία του πρώτου βήματος, καθώς οι τεχνικοί του LHC θα αποκτούν πείρα και «αυτοπεποίθηση» με τον νέο επιταχυντή, το σύστημα θα τεθεί σε λειτουργία μέσα στις επόμενες εβδομάδες για να υποχρεώσει σε σύγκρουση τις δύο δέσμες, στις 21 Οκτωβρίου, και να αρχίσει το επιστημονικό πρόγραμμα. Μετά την επιτυχή σύγκρουση ανάμεσα στις δύο δέσμες, θα υπάρξει μια χρονική περίοδος μετρήσεων και βαθμονόμησης των ανιχνευτών των τεσσάρων πειραμάτων, ενώ τα πρώτα αποτελέσματα αναμένονται σε περίπου ένα χρόνο.

Μάζα και βαρύτητα

«Είναι μια εκπληκτική στιγμή», δήλωσε ο LyEvans, επικεφαλής του προγράμματος του LHC. «Τώρα μπορούμε να κοιτάμε μπροστά σε μια νέα εποχή κατανόησης της δημιουργίας και εξέλιξης του σύμπαντος». Τα πειράματα στον LHC θα επιτρέψουν στους φυσικούς να ολοκληρώσουν το ταξίδι που ξεκίνησε ο Νεύτωνας για την περιγραφή της βαρύτητας. Η βαρύτητα ασκείται στη μάζα των σωμάτων, αλλά έως σήμερα η επιστήμη είναι ανίκανη να εξηγήσει τον μηχανισμό γένεσης της μάζας. Τα πειράματα στον LHC ίσως δώσουν την απάντηση.

Μεταξύ των σημαντικότερων αποτελεσμάτων που περιμένουν οι επιστήμονες, είναι η ανακάλυψη του σωματιδίου του Χιγκς, ενός στοιχειώδους σωματίου, το οποίο έχει χαρακτηριστεί «σωματίδιο του Θεού». Η ανακάλυψή του θα επιβεβαιώσει την ύπαρξη του «πεδίου Higgs», χάρη στο οποίο θεωρείται πως αποκτούν μάζα όλα τα στοιχειώδη σωματίδια. Ο θεωρητικός φυσικός Πίτερ Χιγκς προέβλεψε, το 1964, ότι υπάρχει ένα μποζόνιο, το οποίο μπορεί να ανιχνευθεί και το οποίο δίνει μάζα στα σωματίδια. Πολλοί το ονομάζουν και «σωματίδιο του Θεού». Οι φυσικοί του CERπιστεύουν ότι οι πιθανότητες να μη βρεθεί το σωματίδιο είναι πρακτικά ανύπαρκτες. Μόλις βρεθεί όμως, η επιτροπή Νομπέλ θα αντιμετωπίσει τεράστιο πρόβλημα στην απονομή του επόμενου βραβείου Φυσικής, αφού οι έρευνες που γίνονται εδώ υπογράφονται από χιλιάδες ερευνητές από όλο τον κόσμο.

Υλη, αντιύλη, «μαύρες τρύπες»

Με τα ίδια πειράματα θα επιχειρηθεί να γίνει κατανοητό το αίνιγμα της σκοτεινής ύλης του σύμπαντος – η ύλη που παρατηρούμε αποτελεί μόνο το 5% της ύλης που θα πρέπει να υπάρχει, ενώ περίπου το 1/4 πιστεύεται ότι αποτελεί τη σκοτεινή ύλη. Τα πειράματα θα εξερευνήσουν την αιτία που η Φύση «προτιμά» την ύλη από την αντιύλη και θα «κοιτάξουν» την ύλη σε κατάσταση που μοιάζει με αυτήν στις απαρχές του χρόνου.

Μία ακόμα από τις ανακαλύψεις τις οποίες ελπίζουν να πετύχουν οι επιστήμονες αφορά μια ολόκληρη οικογένεια σωματιδίων, τα υπερσυμμετρικά σωματίδια, τα οποία αν βρεθούν θα βοηθήσουν στην κατανόηση των μυστηρίων του σύμπαντος. Ενα ακόμα από τα επιτεύγματα που περιμένουν οι επιστήμονες και το οποίο έσπειρε τον πανικό το προηγούμενο διάστημα σε όσους αρέσκονται στις θεωρίες καταστροφής, αφορά τη δημιουργία μικρών μελανών οπών, οι οποίες θα μπορέσουν να παρατηρηθούν και να μελετηθούν. Αν κάτι τέτοιο συμβεί, τότε οι μοντέρνες θεωρίες περί ύπαρξης παράλληλων κόσμων θα αρχίσουν να παίρνουν σάρκα και οστά.

Χρονολογίες – σταθμοί στην ιστορία του CERN

1954: Ιδρύεται το CERN. Πρόκειται για μία από τις πρώτες ευρωπαϊκές επιστημονικές κοινοπραξίες, με στόχο την κατανομή των εξόδων που απαιτούσαν οι εγκαταστάσεις. Τα ιδρυτικά μέλη είναι το Βέλγιο, η Βρετανία, η Δανία, η Γαλλία, η Γερμανία, η Ελλάδα, η Ιταλία, η Ολλανδία, η Νορβηγία, η Σουηδία, η Ελβετία και η Γιουγκοσλαβία.

1957: Κατασκευάζεται ο πρώτος επιταχυντής του CΕRN, ο οποίος παρέχει τις απαραίτητες δέσμες για τη μελέτη της φυσικής των στοιχειωδών σωματιδίων και της πυρηνικής φυσικής. Χρησιμοποιήθηκε για έρευνες σε αστροφυσική και ιατρική φυσική. Αργότερα εξελίχθηκε στο «Σύγχροτρον», έναν επιταχυντή πρωτονίων. Το πρώτο πείραμα έγινε τον Νοέμβριο του 1959.

1968: O επιστήμονας του CERN Ζορζ Σαρπάκ δημιουργεί μία συσκευή που μετρά σωματίδια με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια από ό,τι κάθε προηγούμενο όργανο.

1971: Για πρώτη φορά «παράγονται» συγκρούσεις πρωτονίων με πρωτόνια. Το πείραμα είναι πρόδρομος των σημερινών ανάλογων προγραμμάτων του CΕRN.

1973: To CERN ανακοινώνει την πραγματοποίηση πειράματος, το οποίο υποδεικνύει την ύπαρξη «ουδέτερων ρευμάτων», κάτι ιδιαίτερης σημασίας για την κατανόηση των σωματιδίων ύλης και του τρόπου με τον οποίο αλληλεπιδρούν.

1976: Κατασκευάζεται το «Yπερ Σύγχροτρον Πρωτονίων» που παρέχει δέσμες για τα μεγάλα πειράματα που πραγματοποιούνται στο CERN. Οι επιστήμονες χρησιμοποιώντας το, το 1983, ανακάλυψαν δύο φορτισμένα σωματίδια, το W και το ουδέτερο Ζ.

1989: Κατασκευάζεται ο μεγαλύτερος επιταχυντής ηλεκτρονίων – πρωτονίων με μήκος 27 χλμ. Η εκσκαφή της σήραγγας ήταν το μεγαλύτερο έργο πολιτικών μηχανικών που έγινε ποτέ στην Ευρώπη, πριν από τη σήραγγα της Μάγχης. Τα πειράματα απέδειξαν ότι υπάρχουν τρεις γενιές σωματιδίων ύλης. Η λειτουργία του σταματά το 2000 για να δώσει τη θέση του στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων.

1990: Ο επιστήμoνας του CERN Τιμ Μπέρνερς – Λι ανακαλύπτει τον Παγκόσμιο Ιστό στην προσπάθειά του να ικανοποιήσει τις ανάγκες ανταλλαγής στοιχείων μεταξύ επιστημόνων.

1994: Το CΕRN εγκρίνει την κατασκευή του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων, του μεγαλύτερου επιταχυντή σωματιδίων που κατασκευάστηκε ποτέ. Οταν λειτουργεί με πλήρη ισχύ, τρισεκατομμύρια πρωτόνια κινούνται μέσα στον δακτύλιο με ταχύτητα 99,99% της ταχύτητας του φωτός.

1995: Η ομάδα του CERN στις εγκαταστάσεις Lbow Energy Antiproton Ring δημιουργεί άτομα αντι-υδρογόνου. Είναι η πρώτη φορά που σωματίδια αντιύλης σχηματίζουν ολοκληρωμένα άτομα, βοηθώντας στην ερμηνεία της ασυμμετρίας μεταξύ ύλης – αντιύλης στο σύμπαν.

2002: Δύο πειράματα του CERN δημιουργούν και αιχμαλωτίζουν χιλιάδες άτομα αντιύλης σε «ψυχρή» κατάσταση, γεγονός που σημαίνει ότι κινούνται αργά και μπορούν να υπάρχουν επί αρκετό χρόνο, ώστε να μελετηθούν προτού εξαφανιστούν.

2008: Τίθεται σε λειτουργία ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων. Με τα πειράματα που θα πραγματοποιηθούν πρόκειται να απαντηθούν ερωτήματα όπως τι δίνει στην ύλη τη μάζα της, γιατί η Φύση «προτιμά» την ύλη από την αντιύλη και με ποιο τρόπο αυτή εξελίχθηκε τις πρώτες στιγμές μετά τη γέννηση του σύμπαντος.

    Δείτε το video

madata

Lena

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.